Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRMit unserer Radarsensorik können kleinste Bewegungen des Brustkorbs erfasst und zur Analyse von Atmung und Herzschlag genutzt werden. Sowohl in Szenarien im Gesundheitsumfeld als auch als Baustein der zukünftigen autonomen Mobilität sind unsere Lösungen vielversprechend. Dabei stellt insbesondere die nicht-invasive und datenschutzfreundliche Überwachung ohne kamerabasierte Bildaufnahmen einen großen Vorteil dar. Aber auch bei der Rettung von Verschütteten oder Vermissten Personen spielt die Vitalparameterdetektion eine wichtige Rolle.
Patientenüberwachung
Ein kleiner Kasten in der oberen Ecke des Zimmers – mehr braucht es nicht, um das Mehrbettzimmer im Krankenhaus zu überwachen. In einer Zimmerecke hängend, misst unser mehrkanaliger MIMO-Sensor, kurz für »Multiple Input Multiple Output«, die Vitalparameter der Personen, die sich im Raum aufhalten – vor allem ihre Atemfrequenz. Aber auch der Herzschlag, eine deutlich feinere Bewegung, kann mit dem Sensor detektiert werden. Da das Herz mit einer deutlich höheren Frequenz als unserer Atemfrequenz schlägt, lassen sich diese Signale gut voneinander trennen. Bei mindestens 60 cm Abstand zwischen Personen, kann das System ihre Vitalparameter sogar getrennt voneinander auflösen – auch dann, wenn die Personen vom Sensor aus gesehen hintereinanderstehen.
Das MIMO-Radar verfügt über jeweils acht Sende- und Empfangsmodule. Die Signale, die ein Sendemodul ausschickt, werden an den verschiedenen Objekten (Möbel, Personen etc.) im Sichtbereich reflektiert und von den acht Empfangsmodulen empfangen. Aufgrund deren leichten, räumlichen Trennung kommen die Signale zu geringfügig anderen Zeiten bei den verschiedenen Modulen an. Durch die Laufzeitunterschiede lassen sich Aussagen darüber treffen, wo im Raum sich ein entsprechendes Objekt befindet. Durch die acht Sendemodule kann die räumliche Auflösung vergrößert werden.
Über die Messungen der Vitalparameter hinaus ermöglichen die Radarsensoren auch ein Tracking der Person im Raum, Posen- und Sturzüberwachung, was die Sensorlösung für Ambient Assisted Living-Systeme oder Anwendungen im betreuten Wohnen interessant macht.
In Cabin Monitoring – Radarbasierte Vitalparametererfassung im Fahrzeug
Mit unserem InCabin Monitoring wird ein radarbasiertes System zur kontaktlosen Überwachung von Vitalparametern im Fahrzeuginnenraum entwickelt. Die Sensorik erfasst zuverlässig die Atem- und Herzfrequenz des Fahrers, und erweitert Sicherheitssysteme zukünftiger Fahrzeuge um Zustands- und Aufmerksamkeitsanalysen.
[BA1] Eine besondere Herausforderung besteht darin, Vitalparameter auch während normaler Fahrbewegungen präzise zu erfassen. Lenkbewegungen des Fahrers, Fahrzeugvibrationen sowie Beschleunigungen durch Brems- oder Kurvenfahrten überlagern die die feinen Bewegungen von Atem und Herzschlag – und machen die Auswertung schwierig.
Daher nutzen wir moderne Radarverfahren, um mehrere Reflexionen der Person im Fahrzeug zu erkennen, zu verfolgen und miteinander zu verknüpfen. Ergänzt wird das durch intelligente Signalverarbeitung und Filterverfahren, die zwischen unerwünschten Bewegungsartefakten und echten Vitalzeichen unterscheiden. So lassen sich Atem- und Herzfrequenz auch bei aktiver Fahrt in Echtzeit bestimmen.
Die bisherigen Ergebnisse zeigen eine stabile Extraktion der Atmungsbewegung trotz Fahrzeug- und Fahrerbewegungen. In Vergleichsmessungen mit Referenzsystemen wurden Abweichungen von nur >0,5 Atemzügen pro Minute bei der Atemfrequenz und unter 8 Schlägen pro Minute bei der Herzfrequenz ermittelt. Mit unserem funktionsfähigen Demonstrator kann die Live-Schätzung bereits in Echtzeit gezeigt werden.
Um die Messgenauigkeit weiter zu steigern, wurden im Rahmen aktueller Forschungsarbeiten am Fraunhofer FHR verschiedene Sensorpositionen im Fahrzeuginnenraum systematisch untersucht. Ergänzend kommt ein KI-basierter Validitätscheck zum Einsatz, der Störbewegungen erkennt und fehlerhafte Messungen ausschließt. Diese Kombination ermöglicht eine noch robustere und zuverlässigere kontaktlose Vitalparametererfassung unter realen Fahrbedingungen.